建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，包括步驟（1)建立分析模型，獲得張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng)■’步驟（2)選擇具體一個(gè)預(yù)應(yīng)力索做失效處理，然后對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析；步驟（3)對(duì)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件逐一做失效處理并逐一對(duì)失效后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析：重復(fù)步驟（2)，以得到每個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)；步驟（4)進(jìn)行張弦結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)。該方法能夠有效防止在任意預(yù)應(yīng)力索發(fā)生失效時(shí)張弦結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)連續(xù)倒塌的情況發(fā)生，以保證張弦結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及建筑領(lǐng)域中的防倒塌方法，具體是指建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，它廣泛適用于鋼結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力索的防連續(xù)倒塌的分析與設(shè)計(jì)。

【背景技術(shù)】
[0002]建筑結(jié)構(gòu)的連續(xù)性倒塌是指結(jié)構(gòu)因偶然荷載的作用造成結(jié)構(gòu)局部破壞失效，繼而引起與失效破壞構(gòu)件相連的構(gòu)件連續(xù)遭到破壞的連鎖反應(yīng)，最終導(dǎo)致相對(duì)于初始局部破壞更大范圍的倒塌破壞，甚至全部倒塌。這些偶然荷載一般是指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中沒(méi)有考慮的意料之外的荷載，如煤氣爆炸、炸彈襲擊、車(chē)輛撞擊、火災(zāi)、颶風(fēng)、地震、基礎(chǔ)沉降等，其造成的損傷往往是巨大和難以估計(jì)的。
[0003]人們關(guān)注建筑結(jié)構(gòu)因局部破壞而引起連續(xù)倒塌的問(wèn)題，最早始于上個(gè)世紀(jì)六十年代，因倫敦發(fā)生公寓樓因天然氣爆炸而導(dǎo)致倒塌的事件，第一次引起了人們對(duì)建筑結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌的關(guān)注，因此，英國(guó)是率先在建筑規(guī)程中考慮防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)的國(guó)家，而美國(guó)則是到了將近30年后的1995年發(fā)生了俄克拉馬州的Alfred P Murrah大樓被炸彈炸毀后才開(kāi)始重視防連續(xù)倒塌的研究，并且直到2001年的911事件，紐約世貿(mào)中心雙塔被飛機(jī)撞擊后發(fā)生了災(zāi)難性的連續(xù)倒塌，事后對(duì)雙塔的倒塌過(guò)程進(jìn)行仿真分析得知，雙塔的倒塌直接原因是火災(zāi)導(dǎo)致的鋼材軟化和樓板塌落沖擊荷載引起的連鎖反應(yīng)，此后，美國(guó)才陸續(xù)出臺(tái)了防連續(xù)倒塌分析和設(shè)計(jì)的GSA準(zhǔn)則和統(tǒng)一設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)的UFC標(biāo)準(zhǔn)，前者確立了兩種非線性分析方法及其不同的破壞準(zhǔn)則等；后者則確立了建筑物的設(shè)防等級(jí)和相應(yīng)的設(shè)計(jì)方法。
[0004]隨著建筑結(jié)構(gòu)遭遇偶然荷載的作用(含恐怖襲擊)概率的增大，目前國(guó)外對(duì)于安全等級(jí)較高的建筑結(jié)構(gòu)，工程師在建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)都必須進(jìn)行結(jié)構(gòu)的防連續(xù)性倒塌設(shè)計(jì)，保證結(jié)構(gòu)在一定安全可靠度之下具有防連續(xù)倒塌的能力，當(dāng)偶然作用造成結(jié)構(gòu)局部破壞時(shí)，結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)多種荷載路徑內(nèi)力重新分布阻止破壞過(guò)大范圍的蔓延，盡可能減少人員的傷亡和結(jié)構(gòu)的破壞程度。
[0005]我國(guó)在美國(guó)911事件發(fā)生后，也開(kāi)始了對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的防連續(xù)倒塌方面的研究，但尚沒(méi)有制定出相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范或規(guī)程，僅在《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中給出防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)原則，《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》給出防連續(xù)倒塌的基本要求，這些都是針對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)，且并沒(méi)有給出相應(yīng)的具體的條文要求和設(shè)計(jì)方法，缺乏在實(shí)際的建筑工程建設(shè)中的可操作性。只是對(duì)于重大的建筑項(xiàng)目引入防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)，屬于個(gè)案摸索、沒(méi)有統(tǒng)一的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要求。
[0006]建筑鋼結(jié)構(gòu)中的張弦結(jié)構(gòu)是一種張力結(jié)構(gòu)，它是以一系列受拉的索作為主要承重構(gòu)件，這些索按一定規(guī)律組成各種不同形式的結(jié)構(gòu)體系，并懸掛在相應(yīng)的支撐結(jié)構(gòu)上。從力學(xué)角度看，鋼索區(qū)別于桿件結(jié)構(gòu)的主要特征是柔性構(gòu)件，只能受拉，而抗壓縮、彎曲、剪切及扭轉(zhuǎn)的能力極低。索也經(jīng)常承受橫向載荷，產(chǎn)生橫向變形，但它又不同于彎曲梁，索的彎曲剛度也極低，其橫向載荷主要由軸向拉力來(lái)平衡。
[0007]預(yù)應(yīng)力索常用于張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，是在結(jié)構(gòu)承受荷載之前，預(yù)先對(duì)布置的鋼索施加拉力，使其在服役期間，利用預(yù)加的拉、壓應(yīng)力全部或部分抵消載荷導(dǎo)致的壓、拉應(yīng)力，避免結(jié)構(gòu)變形過(guò)大而遭到破壞，從而提高部分結(jié)構(gòu)的剛度，平衡結(jié)構(gòu)自重，改善結(jié)構(gòu)的受力，使其在外荷載作用時(shí)的結(jié)構(gòu)部分變形和相應(yīng)的位移較小，以便結(jié)構(gòu)在正常使用的情況下不因?yàn)樽冃芜^(guò)大而產(chǎn)生破壞。由于鋼索特殊的力學(xué)性能，非常適于房屋和構(gòu)筑物大跨度的結(jié)構(gòu)形式，在張弦結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中鑒于預(yù)應(yīng)力索的巨大作用，其在大型公共建筑結(jié)構(gòu)(機(jī)場(chǎng)、體育場(chǎng)館、超高層建筑等)的使用廣泛和頻繁，張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索能充分發(fā)揮高強(qiáng)材料的受拉性能，受力合理，自重輕，構(gòu)造簡(jiǎn)單，施工方便，可以更經(jīng)濟(jì)地運(yùn)用于大跨度結(jié)構(gòu)，傳力途徑明確，其不足之處在于:張弦結(jié)構(gòu)存在冗余度較少的缺陷，一旦預(yù)應(yīng)力索失效，極容易引起連鎖反應(yīng)，造成大面積人員及財(cái)產(chǎn)損失，隨著建筑結(jié)構(gòu)遭偶然作用(含恐怖襲擊)概率的增大，全世界對(duì)建筑結(jié)構(gòu)的防連續(xù)倒塌能力要求都逐漸地提高，張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力索的防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)就顯得尤為重要了。
[0008]在張弦結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)采用的防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)及分析方法通常是拆除構(gòu)件法，即假定結(jié)構(gòu)有局部初始破壞，拆除一根或幾根主要受力構(gòu)件，然后對(duì)剩余結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析，預(yù)測(cè)初始破壞的蔓延情況，讓結(jié)構(gòu)具有多荷載傳遞路徑，允許一定程度的破壞而不發(fā)生坍塌。如果拆除構(gòu)件導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌，則對(duì)該構(gòu)件及相鄰構(gòu)件進(jìn)行加強(qiáng)，否則不必進(jìn)行加強(qiáng)。該方法既是一種分析方法，也是一種設(shè)計(jì)方法，當(dāng)?shù)贸鏊O(shè)計(jì)的張弦結(jié)構(gòu)中的倒塌規(guī)律，就能有針對(duì)性地對(duì)關(guān)鍵構(gòu)件進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，以提高建筑的整體抗連續(xù)倒塌的能力。但上述方法中，需要預(yù)設(shè)局部失效的情況，假設(shè)情況不同，有許多要素的不同變化，會(huì)直接影響分析及設(shè)計(jì)的結(jié)果的合理性，如何使分析和設(shè)計(jì)結(jié)果更為合理？仍是在探索的過(guò)程中。
[0009]在我國(guó)個(gè)案的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)實(shí)踐中，克拉瑪依市科技博物展覽館工程就對(duì)張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行了防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)，主要分析了結(jié)構(gòu)在正常使用和局部失效兩種狀態(tài)下的受力性能，對(duì)局部失效狀況的受力情況均假設(shè)為標(biāo)準(zhǔn)值，如在防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)時(shí)只考慮任意一榀的下弦拉索失效，在標(biāo)準(zhǔn)荷載組合下，即1.0恒載+1.0活載+1.0預(yù)應(yīng)力的荷載作用下，不考慮荷載組合系數(shù)，不對(duì)撓度進(jìn)行控制，考慮材料進(jìn)入塑性階段時(shí)，控制上弦鋼構(gòu)件內(nèi)力不超過(guò)極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，且假設(shè)拉索不超過(guò)0.5的屈服應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，假設(shè)豎向荷載作用為標(biāo)準(zhǔn)荷載組合，不考慮構(gòu)件失效的動(dòng)力放大因素，綜上所述，現(xiàn)有的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)考慮構(gòu)件的失效形式單一，因此，其設(shè)計(jì)的結(jié)果存在以下缺陷:
[0010](I)設(shè)計(jì)不夠合理，影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性:其不對(duì)撓度進(jìn)行控制，是缺乏合理性的，因?yàn)闃?gòu)件的撓度過(guò)大，其承載力和穩(wěn)定性也將喪失，防連續(xù)倒塌的設(shè)計(jì)也失去意義；另外，其控制標(biāo)準(zhǔn)為上弦鋼構(gòu)件內(nèi)力不超過(guò)極限承載力標(biāo)準(zhǔn)值，拉索不超過(guò)0.5的屈服應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值，控制標(biāo)準(zhǔn)部分為極限承載力，部分為屈服應(yīng)力，一方面控制的形式不統(tǒng)一，另一方面，上弦鋼構(gòu)件內(nèi)力控制在其極限承載力范圍不夠合理，未對(duì)各構(gòu)件重要性進(jìn)行區(qū)分對(duì)待，且未考慮構(gòu)件的穩(wěn)定性要求，一旦上弦鋼構(gòu)件失穩(wěn)則該控制標(biāo)準(zhǔn)就失效了 ；
[0011](2)材料利用不夠，不夠經(jīng)濟(jì)的問(wèn)題:拉索控制在0.5的屈服應(yīng)力標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)過(guò)于嚴(yán)格，對(duì)材料的利用不夠，不夠經(jīng)濟(jì)合理；
[0012](3)未考慮構(gòu)件敏感度因素。
[0013]鑒于張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法較為匱乏且存在的不合理性，本發(fā)明人針對(duì)此提出一種張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力索的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0014]本發(fā)明的目的是提供一種建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，該方法能夠有效防止預(yù)應(yīng)力索失效下的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌。
[0015]本發(fā)明的上述目的通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的:建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟:
[0016]步驟(I)建立分析模型，獲得張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng):根據(jù)原結(jié)構(gòu)靜力荷載分析，在有限元模擬計(jì)算平臺(tái)上建立張弦結(jié)構(gòu)的有限元模型；
[0017]對(duì)包含預(yù)應(yīng)力索的張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力索未遭破壞時(shí)的靜力狀態(tài)分析，以初始整體張弦結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的靜力作用分析，得出張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng)；
[0018]步驟(2)選擇具體一個(gè)預(yù)應(yīng)力索做失效處理，然后對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:即假定某個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)，分別以該預(yù)應(yīng)力索松弛和崩斷兩種狀態(tài)作為預(yù)應(yīng)力索的失效狀態(tài)，然后對(duì)預(yù)應(yīng)力索失效后的剩余張弦結(jié)構(gòu)取荷載動(dòng)力放大系數(shù)A，對(duì)剩余張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行A倍豎向荷載作用下的靜力作用分析，以得出該預(yù)應(yīng)力索失效后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)；
[0019]步驟(3)對(duì)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件逐一做失效處理并逐一對(duì)失效后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:重復(fù)步驟(2)，以得到每個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)；
[0020]步驟(4)進(jìn)行張弦結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì):以任意預(yù)應(yīng)力索失效時(shí)，剩余張弦結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下材料進(jìn)入塑性階段的情況下，控制張弦結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的撓度；控制剩余預(yù)應(yīng)力索不應(yīng)超過(guò)其0.8的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)極限承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，控制不與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力，并對(duì)不與預(yù)應(yīng)力索相連的各類(lèi)型的鋼構(gòu)件的敏感性指標(biāo)S.1.進(jìn)行控制，
義O
[0021]其中，λ。是鋼構(gòu)件在初始狀態(tài)下的承載能力，Ad是預(yù)應(yīng)力索失效后鋼構(gòu)件的承載能力；
[0022]在上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)張弦結(jié)構(gòu)中的各鋼構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)調(diào)整，從而防止在任意預(yù)應(yīng)力索發(fā)生失效時(shí)張弦結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)連續(xù)倒塌的情況發(fā)生，以保證張弦結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
[0023]本發(fā)明所述步驟⑴中的張弦結(jié)構(gòu)的靜力狀態(tài)分析為現(xiàn)有技術(shù)，采用已有的有限元分析軟件即可，如可采用有限元軟件Midas/Gen，或者采用有限元軟件Etabs、或者采用有限元軟件Sap2000。
[0024]本發(fā)明所述步驟(3)中所述的預(yù)應(yīng)力索的松弛狀態(tài)是指:拆除所選的預(yù)應(yīng)力索，該預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處不施加反向作用力；所述預(yù)應(yīng)力索的崩斷狀態(tài)是指:拆除所選預(yù)應(yīng)力索，該預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處施加與預(yù)應(yīng)力索拉力相等的反向集中作用力。
[0025]本發(fā)明所述步驟(4)中所述的張弦結(jié)構(gòu)中梁構(gòu)件的撓度控制標(biāo)準(zhǔn)也可統(tǒng)一換算為強(qiáng)度控制法。
[0026]本發(fā)明所述步驟(4)中所述的張弦結(jié)構(gòu)中梁構(gòu)件的撓度控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表I ;
[0027]表1:梁構(gòu)件撓度控制標(biāo)準(zhǔn)
[0028]

燒度限值
鋼構(gòu)件類(lèi)別--

預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛
與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件//550//500
不與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件//600//550
[0029]表I中，I為梁構(gòu)件的長(zhǎng)度，其中，
[0030]與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力索崩斷撓度值< 1/550 ；
[0031]與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力索松弛撓度值< 1/500 ；
[0032]不與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力索崩斷撓度值< 1/600 ；
[0033]不與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力索松弛撓度值< 1/550。
[0034]本發(fā)明所述步驟(4)中，不與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力按表2所示的鋼構(gòu)件控制標(biāo)準(zhǔn)控制；
[0035]表2:不與預(yù)應(yīng)力索相連的鋼構(gòu)件應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)
[0036]


控制應(yīng)力[σ]
鋼構(gòu)件類(lèi)別-----

預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛
梁構(gòu)件1.5.丨;v(WpAV)1.3-1；k-(Wp/W)
柱構(gòu)件1.0fyk-(WpAV)0.85-fyk-(Wp/W)
受拉支撐 1.5‘fyk1.25-fyk
受壓支撐 0.75_fyk0.6-fyk
[0037]表2中，所述的鋼構(gòu)件包括梁構(gòu)件、柱構(gòu)件、受拉支撐和受壓支撐，Wp為截面的塑形模量，W為截面模量，fyk為鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，其中，
[0038]梁構(gòu)件預(yù)應(yīng)力索崩斷的控制應(yīng)力彡1.5.fyk.(ffp/ff)；
[0039]梁構(gòu)件預(yù)應(yīng)力索松弛的控制應(yīng)力彡1.3.fyk.(ffp/ff)；
[0040]柱構(gòu)件預(yù)應(yīng)力索崩斷的控制應(yīng)力彡1.0.fyk.(ffp/ff)；
[0041]柱構(gòu)件預(yù)應(yīng)力索松弛的控制應(yīng)力< 0.85.fyk.(ffp/ff)；
[0042]受拉支撐預(yù)應(yīng)力索崩斷的控制應(yīng)力< 1.5.fyk ;
[0043]受拉支撐預(yù)應(yīng)力索松弛的控制應(yīng)力< 1.25.fyk ;
[0044]受壓支撐預(yù)應(yīng)力索崩斷的控制應(yīng)力< 0.75.fyk ；
[0045]受壓支撐預(yù)應(yīng)力索松弛的控制應(yīng)力< 0.6.fyk。
[0046]本發(fā)明推薦的實(shí)施方式如下:
[0047]所述步驟(I)中豎向荷載為恒載+0.25活載；
[0048]所述步驟⑵中放大系數(shù)A的取值范圍為1.2?1.5 ;
[0049]所述步驟(4)中豎向荷載為恒載+0.25活載；
[0050]所述步驟(4)中，當(dāng)S.1.值> 0.75時(shí)，其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)在表I和表2的基礎(chǔ)上乘以安全系數(shù)K，安全系數(shù)K的取值范圍為0.75?0.85。
[0051]本發(fā)明中，表I梁構(gòu)件撓度控制標(biāo)準(zhǔn)和表2鋼構(gòu)件的應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)是本發(fā)明人綜合各設(shè)計(jì)規(guī)范對(duì)構(gòu)件撓度和承載能力要求以及防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)原理準(zhǔn)則，同時(shí)考慮鋼構(gòu)件材料的承載能力使用度，并結(jié)合具體該類(lèi)型工程結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出來(lái)的。
[0052]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法具有如下顯著效果:
[0053](I)本發(fā)明補(bǔ)充并完善了現(xiàn)有技術(shù)中的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的，尤其是含有預(yù)應(yīng)力索的張弦結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中預(yù)應(yīng)力索失效狀態(tài)下結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌的分析及設(shè)計(jì)方法。
[0054](2)本發(fā)明使得張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件能夠得到更好的發(fā)揮，并使得結(jié)構(gòu)更加合理輕盈。
[0055](3)本發(fā)明明確了預(yù)應(yīng)力索失效的兩種方式，即松弛和崩斷，且給出了針對(duì)這兩種情況的防連續(xù)倒塌具體分析方法。
[0056](4)本發(fā)明在防連續(xù)倒塌分析中區(qū)別了重要構(gòu)件和次要構(gòu)件的判定準(zhǔn)則，且引入敏感度指標(biāo)進(jìn)行控制。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0057]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0058]附圖1為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型的三維圖；
[0059]附圖2為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型的立面圖；
[0060]附圖3為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分；
[0061]附圖4為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中的桁架層平面圖；
[0062]附圖5為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中的分析結(jié)構(gòu)單元立面圖；
[0063]圖中，1-索1,2-索 2，3_ 索 3，4_ 索 4，5_ 梁 1，6_ 梁 2，7_ 梁 3，8_ 桿 1，9_ 桿 2，10-桿 3，11-桿 4，12-桿 5，13-桿 6，14-桿 7，15-桿 8，16-桿 9，17-柱 1，18-柱 2 ;
[0064]附圖6為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分整體結(jié)構(gòu)荷載作用下豎向位移示意圖；
[0065]附圖7為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分整體結(jié)構(gòu)荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力圖；
[0066]附圖8為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索I拆除后荷載作用下豎向位移示意圖；
[0067]附圖9為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索I拆除后荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力圖；
[0068]附圖10為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索2拆除后荷載作用下豎向位移示意圖；
[0069]附圖11為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索2拆除后荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力圖；
[0070]附圖12為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索I崩斷后荷載作用下豎向位移示意圖；
[0071]附圖13為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索I崩斷后荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力圖；
[0072]附圖14為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索2崩斷后荷載作用下豎向位移示意圖；
[0073]附圖15為采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型防連續(xù)倒塌分析研究部分中索2崩斷后荷載作用下構(gòu)件應(yīng)力圖。

【具體實(shí)施方式】
[0074]下面結(jié)合采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型，來(lái)具體說(shuō)明本發(fā)明的連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法。采用本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的結(jié)構(gòu)模型圖參見(jiàn)圖1和圖2。本發(fā)明防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法的具體過(guò)程如下:
[0075]1、分析模型建立與選取
[0076]建立分析模型，獲得張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng):根據(jù)原結(jié)構(gòu)靜力荷載分析，在有限元模擬計(jì)算平臺(tái)上建立張弦結(jié)構(gòu)的有限元模型，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行連續(xù)倒塌分析，即在建筑物遭受偶然荷載作用導(dǎo)致結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件突然失效后，防止其在恒載、活載等豎向荷載作用下發(fā)生連續(xù)性倒塌。本文采用有限元軟件Midas/Gen建立結(jié)構(gòu)有限元模型，根據(jù)原結(jié)構(gòu)靜力荷載分析和構(gòu)件破壞影響程度選取圖3至圖5所示結(jié)構(gòu)單元為連續(xù)倒塌分析研究對(duì)象，該結(jié)構(gòu)單元承載能力貢獻(xiàn)突出，且含有桁架層，是發(fā)生意外突發(fā)狀況相對(duì)高危區(qū)域，分析該結(jié)構(gòu)單元在索桿件松弛、崩斷以及架空層角柱失效、承受汽車(chē)沖擊荷載工況下的防連續(xù)倒塌能力。
[0077]2、分析與評(píng)估準(zhǔn)則
[0078]2.1連續(xù)倒塌分析
[0079]首先對(duì)包含預(yù)應(yīng)力索的張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力索未遭破壞時(shí)的靜力狀態(tài)分析，初始整體張弦結(jié)構(gòu)考慮在豎向荷載作用下的靜力作用分析，可以得出張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng)，該豎向荷載為恒載+0.25活載。
[0080]上述豎向荷載為恒載+0.25活載，每種不同使用功能的建筑，根據(jù)其使用材料和功能布置的不同等情況，恒載和活載的取值都不盡相同，《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》GB50009-2012有規(guī)定，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)給出相應(yīng)的荷載計(jì)算書(shū)，設(shè)計(jì)時(shí)本領(lǐng)域技術(shù)人員需根據(jù)實(shí)際情況和規(guī)范規(guī)定確定。
[0081]選擇具體一個(gè)預(yù)應(yīng)力索做失效處理，然后對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:拆除預(yù)應(yīng)力索，預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)，以此評(píng)估預(yù)應(yīng)力索失效后的張弦結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)應(yīng)力索的失效是指預(yù)應(yīng)力索處于松弛和崩斷兩種狀態(tài)，以松弛或崩斷兩種狀態(tài)來(lái)分析預(yù)應(yīng)力索的失效時(shí)，對(duì)預(yù)應(yīng)力索失效后的剩余張弦結(jié)構(gòu)取荷載動(dòng)力放大系數(shù)A= 1.5，并對(duì)剩余張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行1.5倍豎向荷載作用下的靜力作用分析，可以得出預(yù)應(yīng)力索失效后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)，其中，該豎向荷載為恒載+0.25活載，預(yù)應(yīng)力索的松弛狀態(tài)分析是指:拆除預(yù)應(yīng)力索，預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處不施加反向作用力；預(yù)應(yīng)力索的崩斷狀態(tài)分析是指:拆除預(yù)應(yīng)力索，預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處施加與預(yù)應(yīng)力索拉力相等的反向集中作用力。這里的豎向荷載的選取和確定和對(duì)包含預(yù)應(yīng)力索的張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力索未遭破壞時(shí)的靜力狀態(tài)分析中豎向荷載的選取和確定相同。
[0082]拆除桿件設(shè)計(jì)是將結(jié)構(gòu)中的部分桿件拆除，通過(guò)分析剩余結(jié)構(gòu)的力學(xué)響應(yīng)，來(lái)判斷結(jié)構(gòu)是否會(huì)發(fā)生連續(xù)倒塌，這種方法的實(shí)質(zhì)是提供有效的備用傳力路徑，因此又稱(chēng)為“替代路徑設(shè)計(jì)法”。一般情況下，每次分析對(duì)易遭受作用破壞部位的一個(gè)承載構(gòu)件進(jìn)行拆除后進(jìn)行分析，來(lái)評(píng)估整體結(jié)構(gòu)的抗倒塌能力。本文對(duì)預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行失效分析，對(duì)預(yù)應(yīng)力索進(jìn)行拆除構(gòu)件，以此評(píng)估該結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌的風(fēng)險(xiǎn)。以松弛和崩斷兩種形式狀態(tài)考慮預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件的失效，松弛狀態(tài)分析:拆除預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)連接處不施加反向作用力；崩斷狀態(tài)分析:拆除預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件，預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件與整體結(jié)構(gòu)連接處施加與索拉力相等的反向集中作用力。剩余結(jié)構(gòu)以受恒載和活載等豎向荷載為主，荷載按照相應(yīng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范及規(guī)定取值，通過(guò)以下分析來(lái)評(píng)估其各種狀態(tài)下發(fā)生連續(xù)倒塌的可能性。
[0083]對(duì)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件失效后的剩余結(jié)構(gòu)取荷載動(dòng)力放大系數(shù)A = 1.5,并對(duì)剩余結(jié)構(gòu)進(jìn)行豎向荷載1.5(恒載+0.25活載)下的靜力作用分析，可以得出拆除構(gòu)件后結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)，如表1，以此進(jìn)行評(píng)估，分析流程如下:①整體結(jié)構(gòu)模型未破壞時(shí)靜力狀態(tài)計(jì)算拆除相應(yīng)桿件，分析剩余結(jié)構(gòu)整體反應(yīng)；③根據(jù)評(píng)估指標(biāo)判斷構(gòu)件是否破壞，判斷結(jié)構(gòu)整體抗連續(xù)倒塌能力。這里的放大系數(shù)A也可以在1.2?1.5之間取值。
[0084]對(duì)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件逐一做失效處理并逐一對(duì)失效后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:重復(fù)的分析步驟，以得到每個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)。
[0085]2.2評(píng)估準(zhǔn)則
[0086]在任意預(yù)應(yīng)力索發(fā)生失效時(shí)防止張弦結(jié)構(gòu)發(fā)生連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)時(shí)，考慮任意預(yù)應(yīng)力索失效時(shí)，剩余張弦結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下，考慮材料進(jìn)入塑性階段，則張弦結(jié)構(gòu)中梁構(gòu)件的撓度控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表I ;張弦結(jié)構(gòu)中鋼構(gòu)件評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)可統(tǒng)一換算為強(qiáng)度控制法，控制剩余預(yù)應(yīng)力索不應(yīng)超過(guò)其0.8的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)極限承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，不與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件控制標(biāo)準(zhǔn)參見(jiàn)表2所示,其中，Wp為截面的塑形模量，W為截面模量，fyk為鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，所述的鋼構(gòu)件包括梁構(gòu)件、柱構(gòu)件、受拉支撐和受壓支撐，并對(duì)不與預(yù)應(yīng)力索相連的各類(lèi)型的鋼構(gòu)件的敏感性指標(biāo)S.1.進(jìn)行控制，各鋼構(gòu)件敏感性指標(biāo)的計(jì)算公式為
sJ.= 2°.。，λ ^是鋼構(gòu)件在初始狀態(tài)下的承載能力，λ d是預(yù)應(yīng)力索失效后鋼構(gòu)件的承
,U
載能力，當(dāng)S.1.值> 0.75時(shí)，其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)在表I和表2的基礎(chǔ)上乘以安全系數(shù)K為
0.85，在上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)張弦結(jié)構(gòu)中的各鋼構(gòu)件進(jìn)行設(shè)計(jì)，從而防止在任意預(yù)應(yīng)力索發(fā)生失效時(shí)張弦結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)連續(xù)倒塌的情況發(fā)生，以保證張弦結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。這里的安全系數(shù)K可以在0.75?0.85之間取值。
[0087]表1:梁構(gòu)件撓度控制標(biāo)準(zhǔn)
[0088]

燒度限值鋼構(gòu)件類(lèi)別--

預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件//550//500
不與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)

//600//550
_#_
[0089]表2:不與預(yù)應(yīng)力索相連的鋼構(gòu)件應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)
[0090]


控制應(yīng)力[σ]
鋼構(gòu)件類(lèi)別-----

預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛
梁構(gòu)件1.5-fyk-(Wp/W)1.3-fyk-(Wp/W)
柱構(gòu)件1.0lyr(WpAV)0.85-fyk-(Wp/W)
[0091]
受拉支撐Ijfyk1.25-fyk
受壓支撐0.75_fyk0.6-fyk
[0092]3、正常設(shè)計(jì)狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性能分析
[0093]整體結(jié)構(gòu)未破壞時(shí)梁I中點(diǎn)豎向位移為27.48mm，梁2左端點(diǎn)豎向位移為15.66mm,梁3中點(diǎn)豎向位移為23.981mm,桿4豎向位移為19.08mm,桿5豎向位移為
15.78mm，均小于其L(跨度)/400，滿足要求；柱I豎向位移為7.14mm，柱2豎向位移為
6.57mm0
[0094]索I受拉力為9199.3kN,索2受拉力為4860.9kN,索3受拉力為9099.6kN,索4受拉力為4749.8kN ;索最大應(yīng)力值為242MPa，各構(gòu)件應(yīng)力值如表3所示，均未超過(guò)容許值，滿足承載要求，位移、應(yīng)力圖如圖6?7所示，結(jié)構(gòu)單元主構(gòu)件應(yīng)力值見(jiàn)表3所示，均滿足要求。
[0095]4、防連續(xù)倒塌狀態(tài)下結(jié)構(gòu)性能分析
[0096]4.1索I索2松弛失效
[0097]索I松弛失效后，子結(jié)構(gòu)其余部分承受荷載增大，梁2左端點(diǎn)豎向位移增大到
16.12mm，梁I中點(diǎn)豎向位移增大到30.07mm ;其余構(gòu)件位移變化不大，均可滿足要求。索I失效后索2索3拉力均有減小，索4拉力增大4.5%，說(shuō)明梁I附近的結(jié)構(gòu)隨索I失效影響較大，使得豎向變形增大，索I松弛失效造成索2和索3預(yù)緊力減小，索4則拉力隨之增大，但索I失效僅對(duì)其周邊結(jié)構(gòu)影響明顯，其余結(jié)構(gòu)影響有限；索I失效后梁I應(yīng)力值為-107.1Mpa,增大約23 %，桿4應(yīng)力值為57.1Mpa,減小約50 %，桿5應(yīng)力值為37.7Mpa，基本不變，所以索I失效時(shí)桁架層中梁I承擔(dān)荷載較大，對(duì)索I周邊構(gòu)件應(yīng)力值影響較大，對(duì)其余構(gòu)件應(yīng)力值影響有限，但均未超過(guò)構(gòu)件的應(yīng)力屈服值和容許值，應(yīng)力重分布后整體結(jié)構(gòu)可繼續(xù)承載，也不會(huì)發(fā)生連續(xù)性倒塌，位移及應(yīng)力圖如圖8?圖9所示。
[0098]索2失效后，梁2左端點(diǎn)豎向位移為20.12mm，增大了 28.5%，桿5豎向位移為20.23mm，增大了 28.2%，其余構(gòu)件位移變化不大。索2失效后，其余索力總體變化不大，索
1、索3和索4的應(yīng)力值分別為233.7Mpa、244.0Mpa和122.8Mpa，變化均不大；可知索2失效對(duì)其他索的影響不大。桿2應(yīng)力值變?yōu)?123.5Mpa，由原來(lái)受拉變?yōu)槭軌?，以作為傳力途徑調(diào)整；僅索2附近構(gòu)件梁2為96.5Mpa，增大較多，其余部分應(yīng)力值影響不大。綜上可知索2失效對(duì)其周邊結(jié)構(gòu)影響較小，較為安全，位移及應(yīng)力圖如圖10?11所示。
[0099]4.2索I索2崩斷失效
[0100]索I崩斷后，梁I中點(diǎn)豎向位移為32.979mm，梁2左端點(diǎn)豎向位移為16.917臟，均有所增大；索2減小了 22.3%，索3和索4拉力影響較小；柱I及柱2應(yīng)力值為-119.6Mpa和-56.3Mpa，基本不變，桿2、桿4應(yīng)力值分別為119.1Mpa和-101.4Mpa，桿2增大了 61%，桿4則由原來(lái)受拉變?yōu)槭軌海鸬街С凶饔?，以進(jìn)行傳力途徑調(diào)整。索I崩斷造成結(jié)構(gòu)單元左邊部分應(yīng)力重分布，桁架層梁和部分桿件應(yīng)力增大，但仍在承載范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)其余部分影響不大，位移及應(yīng)力圖如圖12?13所示。
[0101]索2崩斷失效后，梁2左端點(diǎn)的豎向位移變?yōu)?6.615mm，增大了約70%，梁I中點(diǎn)豎向位移為27.164_，變化不大；索1、索3及索4拉力均變化不大；索1、索3和索4應(yīng)力值分別為228.9Mpa、244.9Mpa和121.9Mpa，相比初始結(jié)構(gòu)變化不大，梁2應(yīng)力值為156.4Mpa，增大了約3.5倍；柱I和柱2應(yīng)力值分別為-113.1Mpa和-70.3Mpa，變化也不大；桿I應(yīng)力值為-168.7Mpa，增大了 1.75倍，其余桿件變化不大。可知索2崩斷僅對(duì)其周邊梁及支撐構(gòu)件變形和內(nèi)力影響較大，索2周邊部分構(gòu)件承載能力及變形仍能滿足需求，且破壞后并不影響其余部分結(jié)構(gòu)，不會(huì)引起連續(xù)性倒塌，位移及應(yīng)力圖如圖14?15所示。
[0102]4.3結(jié)論與建議
[0103]綜上可知，該結(jié)構(gòu)在預(yù)應(yīng)力索失效后主要構(gòu)件有足夠承載力富余量，梁構(gòu)件的撓度也滿足表2的要求，某預(yù)應(yīng)力索失效和崩斷后其余預(yù)應(yīng)力索的強(qiáng)度未超過(guò)其0.8的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，與預(yù)應(yīng)力索相連的構(gòu)件未超過(guò)其極限承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，不與預(yù)應(yīng)力索相連的構(gòu)件經(jīng)敏感度分析后其應(yīng)力控制均能滿足表2要求，分析所得結(jié)果參見(jiàn)表3、表4所示，所以可以認(rèn)為整體結(jié)構(gòu)能夠很好的將內(nèi)力和應(yīng)力重分布，并在主要構(gòu)件失效后有替補(bǔ)構(gòu)件可起到承載作用，整體結(jié)構(gòu)有較高冗余度，可提供多種傳力途徑，且在局部破壞時(shí)不會(huì)影響其他部分結(jié)構(gòu)，即使某些構(gòu)件如相應(yīng)柱子失效，整體結(jié)構(gòu)也能有穩(wěn)定的承載能力，所以整體結(jié)構(gòu)具有較高的防連續(xù)倒塌的能力，建議桁架層中部桿件均適當(dāng)相應(yīng)增大剛度，且筒內(nèi)支撐強(qiáng)度和剛度也需加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)角柱周邊距地面高度O?2.5m處可做防汽車(chē)沖擊護(hù)欄處理。
[0104]表3:與預(yù)應(yīng)力索相連構(gòu)件的SI值
[0105]

σ(負(fù)號(hào)表示控制應(yīng)力為壓應(yīng)力)/Mpa
構(gòu)件 ψ Wp/W [σ] 失效前σ ----

索I失效索2失效索I崩斷索2崩斷索 I — 一 1670 242.0 —33 7—89
索 2 — — 1670 127.9 115.3—99.3—
索 3 — — 1670 240.4 234.3244.0224.8244.9
索 4 — — 1670 125.0 130.5122.8137.9121.9
柱 I — 1.166 251.33 -114.3 -117.1-113.9-119.6-113.1
柱 2 — 1.172 252.80 -56.0 -58.8-61.3-56.3-70.3
梁 I — Il 471.93 8/1 -107.1-93.0-132.7-93.1
梁 2 — 1.21 471.93 44.7 48.496.553.0157.0
梁 3 — I I 471.93 53.2 66.256.683.956.8
桿 I 0.8158 — 281.45 -96.5 -102.0-123.5-108.9-168.7
桿2 — — 345 73.9 92.4-123.5119,179.7
桿 3 0.9517 — 328.34 -124.3 -147.2-126.1-168.3-127.9
桿4 一 — 345 114.6 57.1112.7-101.4111.7
桿 5 — — 345 36.0 37.741.739.8-54.3
桿 6 — — 345 69.4 47.769.025.369.5
桿7 — — 345 64.8 81.064,997.964.1
[0106]表4:不與預(yù)應(yīng)力索相連構(gòu)件的SI值
[0107]
不與預(yù)應(yīng)力索相連構(gòu)件的SI值
SI值梁3 桿I 桿桿3 桿4 桿5桿6桿7柱I 枉索I
0.244 0.057 O 5υ O 1S4 -0.502 0.0470 3ΠU 乃0OU 5 O 05υ
失效索2
0.064 0.280 J b7l 0.014 -0.017 0.158-0.006 0.002-0.004 0.095
失效
[0108]
索I
0.577 0.128 Ooi^ 0.354 -1.885 0.106 -0.635 0.511 0.046 0.005
崩斷索2
0.068 0.748 0 078 0.029 -0.025 508 0.001 -0.011 -0.011 0.255
崩斷備注:1.索容許應(yīng)力值以其0.8倍抗拉強(qiáng)度等級(jí)為依據(jù)；2.SK-1表示構(gòu)件受力狀態(tài)發(fā)生改變；-1 <SIS0表示構(gòu)件的承載力減小；O <SI<0.75依表2進(jìn)行判定；0.75 iS[考慮0.85的系數(shù)依表2進(jìn)行判定
【權(quán)利要求】
1.建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，包括如下步驟: 步驟(I)建立分析模型，獲得張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng):根據(jù)原結(jié)構(gòu)靜力荷載分析，在有限元模擬計(jì)算平臺(tái)上建立張弦結(jié)構(gòu)的有限元模型； 對(duì)包含預(yù)應(yīng)力索的張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行預(yù)應(yīng)力索未遭破壞時(shí)的靜力狀態(tài)分析，以初始整體張弦結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下的靜力作用分析，得出張弦結(jié)構(gòu)的初始狀態(tài)及響應(yīng)； 步驟(2)選擇具體一個(gè)預(yù)應(yīng)力索做失效處理，然后對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:即假定某個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)，分別以該預(yù)應(yīng)力索松弛和崩斷兩種狀態(tài)作為預(yù)應(yīng)力索的失效狀態(tài)，然后對(duì)預(yù)應(yīng)力索失效后的剩余張弦結(jié)構(gòu)取荷載動(dòng)力放大系數(shù)A，對(duì)剩余張弦結(jié)構(gòu)進(jìn)行A倍豎向荷載作用下的靜力作用分析，以得出該預(yù)應(yīng)力索失效后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)； 步驟(3)對(duì)預(yù)應(yīng)力索構(gòu)件逐一做失效處理并逐一對(duì)失效后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行響應(yīng)分析:重復(fù)步驟(2)，以得到每個(gè)預(yù)應(yīng)力索處于失效狀態(tài)后的張弦結(jié)構(gòu)的破壞狀態(tài)及響應(yīng)； 步驟(4)進(jìn)行張弦結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì):以任意預(yù)應(yīng)力索失效時(shí)，剩余張弦結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下材料進(jìn)入塑性階段的情況下，控制張弦結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的撓度；控制剩余預(yù)應(yīng)力索不應(yīng)超過(guò)其0.8的屈服強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力不應(yīng)超過(guò)極限承載強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，控制不與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力，并對(duì)不與預(yù)應(yīng)力索相連的各類(lèi)型的鋼構(gòu)件的敏感性指標(biāo)S.1.進(jìn)行控制，SI?.又0 其中，λ^是鋼構(gòu)件在初始狀態(tài)下的承載能力，Xd是預(yù)應(yīng)力索失效后鋼構(gòu)件的承載能力； 在上述設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)下對(duì)張弦結(jié)構(gòu)中的各鋼構(gòu)件進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計(jì)調(diào)整，從而防止在任意預(yù)應(yīng)力索發(fā)生失效時(shí)張弦結(jié)構(gòu)可能出現(xiàn)連續(xù)倒塌的情況發(fā)生，以保證張弦結(jié)構(gòu)整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(I)中的張弦結(jié)構(gòu)的靜力狀態(tài)分析為現(xiàn)有技術(shù)，采用已有的有限元分析軟件即可，如可采用有限元軟件Midas/Gen，或者采用有限元軟件Etabs、或者采用有限元軟件Sap2000。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(I)中豎向荷載為恒載+0.25活載。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(2)中放大系數(shù)A的取值范圍為1.2?1.5。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(3)中所述的預(yù)應(yīng)力索的松弛狀態(tài)是指:拆除所選的預(yù)應(yīng)力索，該預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處不施加反向作用力；所述預(yù)應(yīng)力索的崩斷狀態(tài)是指:拆除所選預(yù)應(yīng)力索，該預(yù)應(yīng)力索與整體張弦結(jié)構(gòu)連接處施加與預(yù)應(yīng)力索拉力相等的反向集中作用力。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(4)中豎向荷載為恒載+0.25活載。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(4)中所述的張弦結(jié)構(gòu)中梁構(gòu)件的撓度控制標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表I ; 表1:梁構(gòu)件撓度控制標(biāo)準(zhǔn)

燒度限值鋼構(gòu)件類(lèi)別--
預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛 與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件//550//500 不與預(yù)應(yīng)力索聯(lián)系的梁構(gòu)件//600//550 表I中，I為梁構(gòu)件的長(zhǎng)度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(4)中，不與發(fā)生失效的預(yù)應(yīng)力索相連的張弦結(jié)構(gòu)的鋼構(gòu)件應(yīng)力按表2所示的鋼構(gòu)件控制標(biāo)準(zhǔn)控制； 表2:不與預(yù)應(yīng)力索相連的鋼構(gòu)件應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)

控制應(yīng)力[σ]鋼構(gòu)件類(lèi)別--
預(yù)應(yīng)力索崩斷預(yù)應(yīng)力索松弛
梁構(gòu)件1.5-fyk-(Wp/W)1.3-fyk-(Wp/W)
柱構(gòu)件1.0 Iyk-(WpAV)0.85-fyk-(Wp/W)
受拉支撐 1.5-fyk1.25.fyk
受壓支撐 0.75%0.6-1lk 表2中，所述的鋼構(gòu)件包括梁構(gòu)件、柱構(gòu)件、受拉支撐和受壓支撐，Wp為截面的塑形模量，W為截面模量，fyk為鋼材強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述步驟(4)中，當(dāng)S.1.值> 0.75時(shí)，其應(yīng)力控制標(biāo)準(zhǔn)在表I和表2的基礎(chǔ)上乘以安全系數(shù)K。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的建筑體系張弦結(jié)構(gòu)中預(yù)應(yīng)力索失效下的防連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)方法，其特征在于:所述安全系數(shù)K的取值范圍為0.75?0.85。
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104213635SQ201410428900
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年8月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月27日
【發(fā)明者】區(qū)彤, 徐昕, 陳星 , 譚堅(jiān), 張連飛, 羅赤宇 申請(qǐng)人:廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院